DE19834868B4 - Steering wheel actuator for steer-by-wire application in motor vehicles - Google Patents

Steering wheel actuator for steer-by-wire application in motor vehicles Download PDF

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Abstract

Lenkradsteller für die steer-by-wire-Anwendung in Kraftfahrzeugen, mit einem an einer Lenkradwelle (2) angreifenden und diese mit einem Stellmoment beaufschlagenden elektrischen Stellmotor (6a, 6b) und wenigstens einem den Lenkradwinkel (dLR) erfassenden ersten Winkelsensor (4), wobei der Stellmotor (6a, 6b) und der Winkelsensor (4) funktionell mit einer Stellbefehle für den Stellmotor erzeugenden Regel/Steuereinheit (7a, 7b) verbunden sind, wobei wenigstens ein zweiter den Lenkradwinkel erfassender Winkelsensor vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
– eine erste und zweite Stelleinheit (I, II) aus jeweils einem elektrischen Stellmotor (6a, 6b) und jeweils einer diesen über eine Leistungselektronik regelnden/steuernden, als Prozeßrechner ausgebildeten Steuereinheit (7a, 7b) gebildet sind;
– jede Steuereinheit (7a, 7b) und die Winkelsensoren (4, 22) untereinander und mit einem übergeordneten Fahrzeugrechner durch einen Datenbus (3) verbunden sind, und jede Steuereinheit außerdem einen Eingang aufweist zur Eingabe von der Ständerspannung und dem Ständerstrom des zugeordneten Stellmotors entsprechenden Signalen.Steering wheel actuator for steer-by-wire application in motor vehicles, having an electric servomotor (6a, 6b) acting on a steering wheel shaft (2) and acting on it with an actuating torque, and at least one first angle sensor (4) detecting the steering wheel angle (dLR), wherein the servomotor (6a, 6b) and the angle sensor (4) are functionally connected to a control unit (7a, 7b) actuating commands for the servomotor, at least one second angle sensor detecting the steering wheel angle being provided,
characterized in that
- A first and second actuator (I, II) from each of an electric servomotor (6a, 6b) and each one of these via a power electronics regulating / controlling, designed as a process computer control unit (7a, 7b) are formed;
- Each control unit (7a, 7b) and the angle sensors (4, 22) with each other and with a parent vehicle computer through a data bus (3) are connected, and each control unit also has an input for input from the stator voltage and the stator current of the associated actuator corresponding signals.

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Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einem Lenkradsteller für die steer-by-wire-Anwendung in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The invention is based on a steering wheel actuator for the steer-by-wire application in Motor vehicles according to the preamble of claim 1.

Aus der US 5 347 458 A ist ein Steer-by-Wire-System bekannt. Dieses umfasst einen Aktuator, welcher ensprechend seinem Eingangssignal, welches von einem dem Lenkrad zugeordneten Sensor herrührt, angetrieben wird. Weiter umfasst das System einen zweiten Aktuator, welcher an das Lenkrad angekoppelt ist, um dem Fahrer eine Rückmeldung in Form einer Kraft zu geben.From the US 5 347 458 A is a steer-by-wire system known. This comprises an actuator which is driven according to its input signal, which originates from a sensor associated with the steering wheel. Further, the system includes a second actuator which is coupled to the steering wheel to give feedback to the driver in the form of a force.

Diese Rückmeldekraft am Lenkrad vermittelt nicht nur dem Fahrer das vertraute Gefühl, welches er von einem herkömmlichen Lenksystem gewohnt ist, sondern verbessert auch die Fahrbarkeit und Stabilität des Fahrzeugs, weil die Rückmeldekraft Informationen über den Zustand des Fahrzeugs bereitstellt, welche dem Fahrer helfen, das Fahrzeug angemessen und genau zu lenken.These Feedback force on the steering wheel not only gives the driver the familiar feeling which he from a conventional one Steering system is used, but also improves driveability and stability of the vehicle, because the feedback force information about provides the state of the vehicle that will help the driver to steer the vehicle properly and accurately.

Ein weiterer Lenkradsteller ist aus der DE 195 40 956 C1 bekannt. Dieser bekannte Lenkradsteller setzt, wenn die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und der gelenkten Achse aufgetrennt ist, der vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachten Kraft einen steuerbaren Betätigungswiderstand entgegen. Besonders bei steer-by-wire-Anwendungen, bei denen keine mechanische Verbindung mehr zwischen Lenkrad und der gelenkten Achse vorhanden ist, ist eine fehlertolerante Auslegung eines dafür geeigneten Lenkradstellers wichtig.Another steering wheel actuator is from the DE 195 40 956 C1 known. This known steering wheel actuator sets when the mechanical connection between the steering wheel and the steered axle is separated, the force applied by the driver on the steering wheel force a controllable actuation resistance. Especially with steer-by-wire applications, in which no mechanical connection between the steering wheel and the steered axle is present, a fault-tolerant design of a suitable steering wheel actuator is important.

Aufgaben und Vorteile der ErfindungTasks and benefits the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung einen für die steer-by-wire- Anwendung in Kraftfahrzeugen geeigneten, fehlertoleranten Lenkradsteller zu ermöglichen, der auch beim Auftreten eines Fehlers ein geeignet gestaltetes Gegenmoment beim Einlenken des Fahrers am Lenkrad des steer-by-wire-gelenkten Fahrzeugs aufbringen und den Lenkradwinkel sicher messen kann.It Object of the invention is one for the steer-by-wire application in motor vehicles to allow suitable, fault-tolerant steering wheel controls the even when an error occurs a suitably designed counter-moment upon steering the driver on the steering wheel of the steer-by-wire steered vehicle Apply and can measure the steering wheel angle safely.

Diese Aufgabe wird durch einen Lenksteller gemäß Anspruch 1 gelöst.These Task is solved by a steering actuator according to claim 1.

Zur Ausbildung eines fehlertoleranten Lenkradstellers sind die beiden Stelleinheiten so eingerichtet, daß im Normalbetrieb immer nur eine Stelleinheit mit dem ihr zugeordneten Stellmotor die Stellaufgabe erfüllt und die andere Stelleinheit über den ihr zugeordneten Stellmotor die Drehbewegung mißt, und im Fehlerfall, wenn nur eine Stelleinheit ausfällt, die Stellaufgabe von der jeweils intakten Stelleinheit ausgeführt wird, und wenn beide Stelleinheiten ausfallen, das Lenkrad noch drehbar ist und wenigstens einer der Winkelsensoren den Lenkradwinkel erfassen und ein entsprechendes Signal über das Bussystem ausgeben kann.to Training a fault-tolerant steering wheel actuator are the two Actuators set up so that in normal operation always only an actuator with its associated actuator the Stellaufgabe Fulfills and the other actuator over the associated servomotor measures the rotational movement, and in the event of a fault, if only one actuator fails, the setting task of the each intact actuator is executed, and if both actuators fail, the steering wheel is still rotatable and at least one of Angle sensors detect the steering wheel angle and a corresponding Signal over can output the bus system.

Durch die doppelte Auslegung der miteinander in Wirkverbindung stehenden Stelleinheiten mit der jeweils zugehörigen intelligenten Steuereinheit sowie dadurch, daß jede Steuereinheit die Ständerspannung und die Ständerstromstärke des von ihr geregelten/angesteuerten Stellmotors zurücklesen kann, ist erreicht, daß im Normalbetrieb eine der Stelleinheiten die Stellaufgabe ausführt und die andere Stelleinheit die Drehbewegung mißt, und, wenn eine Stelleinheit ausfällt, kann die Stellaufgabe von der jeweils intakten Stelleinheit ausgeführt werden. Wenn dagegen beide Stelleinheiten ausfallen, ist das Lenkrad immer noch drehbar und wenigstens einer der Winkelsensoren, die den Lenkradwinkel erfassen und an den übergeordneten Fahrzeugrechner über den Datenbus ein entsprechendes Signal aussenden.By the double interpretation of interacting with each other Actuators with the respective associated intelligent control unit as well in that each Control unit the stator voltage and the stator current of the read back from their controlled / controlled servomotor is achieved that in the Normal operation one of the actuators performs the setting task and the other actuator measures the rotational movement and, if an actuator fails, the setting task can be performed by the respective intact setting unit. If, however, both actuators fail, the steering wheel is always still rotatable and at least one of the angle sensors, the steering wheel angle capture and to the parent Vehicle computer over the Data bus send out a corresponding signal.

Im Normalbetrieb lesen beide Steuereinheiten ständig Information über den Fahrzustand oder Kommandos vom übergeordneten Fahrzeugrechner über den Datenbus ein.in the Normal operation, both control units constantly read information about the Driving state or commands from the parent Vehicle computer over the data bus.

Die Stelleinheiten sind weiterhin so eingerichtet, daß die jeweils aktive, bei Auslenkung des Lenkrads aus der Null-Lage dem vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Moment ein adäquates Gegenmoment entgegensetzen kann. Dieses Gegenmoment wird so erzeugt, daß die jeweils aktive Steuereinheit aus der gemessenen Winkelposition des Lenkrads, aus Kommandos vom Fahrzeugrechner und aus der vom zugehörigen Stellmotor zurückgelesenen Ständer-Ist-Spannung oder der Ist-Stromstärke eine Ständer-Soll-Spannung oder -Soll-Stromstärke berechnet.The Actuators are also set up so that each active, on deflection of the steering wheel from the zero position that of the driver applied to the steering wheel Moment an adequate one Can oppose counter-moment. This counter-momentum is generated in such a way that the each active control unit from the measured angular position of the steering wheel, from commands from the vehicle computer and from the associated servomotor read back Stand-actual voltage or the actual current a stator nominal voltage or -soll current calculated.

Bevorzugt ist die Charakteristik des Gegenmoments derart, daß in einem bestimmten Winkelbereich des Lenkrads um seine Null-Lage bei Verdrehung in beiden Richtungen die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft mit steigendem Lenkradwinkel annähernd linear wächst und außerhalb dieses Winkelbereichs ein konstantes Gegenmoment erzeugt wird.Prefers the characteristic of the counter-moment is such that in one certain angular range of the steering wheel about its zero position during rotation in both directions, the steering force to be applied by the driver approaching steering wheel angle grows linearly and outside This angular range is generated a constant counter-torque.

In vorteilhafter Weiterbildung ist vorgesehen, daß eine den maximal einschlagbaren Lenkradwinkel oder die Anzahl der Umdrehung des Lenkrads begrenzende Einrichtung direkt an der Lenkradwelle angreift. Diese Begrenzungseinrichtung wirkt bevorzugt mit mechanischen Mitteln begrenzend auf die Lenkradwelle ein.In Advantageous development is envisaged that one of the maximum impact Steering wheel angle or the number of revolutions of the steering wheel limiting Device directly on the steering wheel shaft attacks. This limitation device acts preferably by mechanical means limiting the steering wheel shaft one.

In der Begrenzungseinrichtung kann ein weiterer Winkelsensor dadurch gebildet sein, daß eine die Winkelverdrehung des Lenkrads in eine lineare Bewegung umsetzende Einrichtung in Form eines Wegesensors vorgesehen ist, welcher z.B. magnetisch, elektrisch oder optoelektronisch den Lenkradwinkel in ein lineares Wegesignal umsetzt.In the limiting device, a further angle sensor may be formed by a the angle rotation of the steering wheel is provided in a linear motion converting means in the form of a displacement sensor, which, for example, magnetically, electrically or opto-electronically converts the steering wheel angle in a linear displacement signal.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkradstellers darstellenden Zeichnung beschrieben.Further Features and advantages of the invention are described below with reference to the a preferred embodiment of the steering wheel actuator according to the invention descriptive drawing described.

Zeichnungdrawing

1 zeigt blockschaltbildartig ein Ausführungsbeispiel des Systemaufbaus des erfindungsgemäßen Lenkradstellers; 1 shows a block diagram of an embodiment of the system structure of the steering wheel actuator according to the invention;

2 zeigt graphisch die Charakteristik des dem vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Handmoment durch den erfindungsgemäßen Lenkradsteller entgegengesetzten Gegenmoments zwischen zwei maximalen Auslenkungswinkeln +dmax und –dmax des Lenkrads; und 2 shows graphically the characteristic of the force exerted by the driver on the steering wheel manual torque by the steering wheel actuator according to the invention opposite counter-torque between two maximum deflection angles + dmax and -dmax of the steering wheel; and

3 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Begrenzungseinheit zur Begrenzung der Anzahl der Lenkradumdrehungen bzw. des Lenkradwinkels. 3 schematically shows a preferred embodiment of in 1 shown limiting unit for limiting the number of steering wheel turns or the steering wheel angle.

Ausführungsbeispielembodiment

Der erfindungsgemäße Lenkradsteller greift an einer von einem Lenkrad 1 ausgehenden Lenkradwelle 2 an. Weiterhin greift an der Lenkradwelle 2 eine Begrenzungseinrichtung 5 zur Begrenzung der Anzahl der Lenkradumdrehungen an. Der Lenkradsteller besteht aus zwei miteinander durch die Lenkradwelle 2 sowie einen Datenbus 3 verbundenen im wesentlichen gleichartigen Stelleinheiten I, II, die jeweils einen elektrischen Stellmotor 6a, 6b und eine mit einem Prozeßrechner versehene Regel/Steuereinheit 7a, 7b sowie elektrische Verbindungen 8a, 8b, 9a, 9b, 12a, 12b aufweisen.The steering wheel actuator according to the invention engages one of a steering wheel 1 outgoing steering wheel shaft 2 at. Continues to engage the steering wheel shaft 2 a limitation device 5 to limit the number of steering wheel turns. The steering wheel actuator consists of two with each other through the steering wheel shaft 2 and a data bus 3 connected substantially similar actuators I . II , each having an electric servomotor 6a . 6b and a rule / control unit provided with a process computer 7a . 7b as well as electrical connections 8a . 8b . 9a . 9b . 12a . 12b exhibit.

Die Welle 2 geht direkt durch die Rotoren der Stellmotoren 6a und 6b. Ein auf der Welle 2 befestigter erster Winkelsensor 4 sendet seinen Meßwert über eine elektrische Verbindungsleitung C an den hier nicht weiter spezifizierten Datenbus 3.The wave 2 goes directly through the rotors of the servomotors 6a and 6b , One on the wave 2 attached first angle sensor 4 sends its measured value via an electrical connection line C to the here not further specified data bus 3 ,

Jede Regel/Steuereinheit 7a, 7b hat außer dem Prozeßrechner auch eine Leistungselektronik und die Aufgabe, aus den Sensorwerten und den vom übergeordneten Fahrzeugrechner kommenden Kommandos, die Strang- oder Ständerspannungen der elektrischen Stellmotoren 6a, 6b zu berechnen und über die Leistungselektronik dem Stellmotor 6a, 6b einzuspeisen, um diesen zum Drehen anzuregen. Dazu liest die Regel/Steuereinheit 7a, 7b die notwendigen Werte vom Datenbus 3 jeweils über die Verbindungsleitungen 9a, 9b und die Leitungselektronik schaltet die Steuerspannung über die elektrischen Verbindungen 8a, 8b.Each rule / control unit 7a . 7b has in addition to the process computer and a power electronics and the task of the sensor values and coming from the parent vehicle computer commands, the string or stator voltages of the electric servomotors 6a . 6b to calculate and via the power electronics the servomotor 6a . 6b feed it to encourage it to rotate. The rule / control unit reads this 7a . 7b the necessary values from the data bus 3 each via the connecting lines 9a . 9b and the line electronics switch the control voltage through the electrical connections 8a . 8b ,

Außerdem liest jede Regel/Steuereinheit 7a, 7b über die elektrischen Verbindungsleitungen 12a, 12b Ständer-Ist-Spannungen oder Ist-Stromstärken zurück und kann so den hier zugeordneten elektrischen Stellmotor 6a, 6b über eine geschlossene Regelschleife regeln.In addition, each rule / control unit reads 7a . 7b over the electrical connection lines 12a . 12b Stand-actual voltages or actual currents back and so can the associated here electric servomotor 6a . 6b regulate via a closed control loop.

Diese Verbindungen 12a, 12b ermöglichen außerdem, daß die gerade nicht aktive Steuereinheit 7a oder 7b von dem ihr zugeordneten Stellmotor durch das Rücklesen von dessen Ist-Ständerspannung oder -Stromstärke die Drehbewegung der Lenkradwelle 2 feststellen kann, und diese bildet dadurch einen zweiten Winkelsensor.These connections 12a . 12b also allow the currently inactive control unit 7a or 7b from the associated servomotor by reading back from its actual stator voltage or current, the rotational movement of the steering wheel shaft 2 can determine, and this forms thereby a second angle sensor.

Im Normalbetrieb, d.h. wenn kein Fehler auftritt, sind beide Stelleinheiten I, und II intakt. In diesem Fall arbeitet immer nur eine Stelleinheit I oder II, d.h. einer der elektrischen Stellmotoren 6a oder 6b bringt das Stellmoment auf die Lenkradwelle 2 auf, und der andere Stellmotor 6b oder 6a dient zum Messen der Drehbewegung.In normal operation, ie when no error occurs, both actuators are I , and II intact. In this case, only one actuator works at a time I or II ie one of the electric servomotors 6a or 6b puts the adjusting torque on the steering wheel shaft 2 on, and the other servomotor 6b or 6a used to measure the rotational movement.

Bei einem Fehler in einer der Stelleinheiten I oder II, z.B. in der Leistungselektronik, wird der betroffene Stellmotor 6a, 6b nicht mehr angesteuert, und von da ab ausschließlich der andere Stellmotor der noch funktionierenden Stelleinheit I, II. Dabei läßt sich aber immer noch die Drehzahl bzw. der am Lenkrad eingestellte Drehwinkel durch den Stellmotor der fehlerbehafteten Stelleinheit erfassen, wenn deren Steuereinheit, d.h. der Prozeßrechner und der elektrische Stellmotor funktionstüchtig sind. Damit steht außer dem Winkelsensor 4 ein weiterer Winkelsensor zur Erfassung der Drehbewegung des Lenkrads zur Verfügung.In case of an error in one of the actuators I or II , eg in power electronics, becomes the affected servomotor 6a . 6b no longer activated, and from then on exclusively the other actuator of the still functioning actuator I . II , However, the rotational speed or the rotational angle set on the steering wheel can still be detected by the servomotor of the faulty actuating unit when its control unit, ie the process computer and the electric servomotor, are functional. This is beyond the angle sensor 4 another angle sensor for detecting the rotational movement of the steering wheel available.

Wie weiter unten anhand der 3 erläutert werden wird, steht in der Begrenzungseinheit 5 ein dritter Winkelsensor bereit, um die Drehbewegung des Lenkrads zu erfassen. Alle drei Winkelsensoren arbeiten mit drei unterschiedlichen physikalischen Prinzipien und sind somit diversitär redundant.As further below on the basis of 3 will be explained, is in the limitation unit 5 a third angle sensor ready to detect the rotational movement of the steering wheel. All three angle sensors work with three different physical principles and are thus redundant diversely.

Das Konzept für die Winkelsensoren, wie auch für den Stellantrieb des Lenkrades, ist fehlertolerant, da bei den Winkelsensoren zwei und beim Antrieb eine ausgefallene Einheit toleriert wird. Wenn nämlich ein Stellantrieb, bestehend aus elektrischem Stellmotor, Leistungselektronik und Steuereinheit ganz ausfällt, steht das Lenkrad dennoch mit der vollen Funktion zur Verfügung, da in diesem Fall die andere Stelleinheit die Stellaufgabe erfüllt. Wenn dann noch die zweite Stelleinheit ausfällt, läßt sich das Lenkrad zwar noch drehen, beim Lenken wird dem Fahrer jedoch kein Moment mehr entgegengesetzt und eine Null-Lage des Lenkrads fühlt der Fahrer auch nicht. Dies ist der Fall der reduzierten Verfügbarkeit oder des sog. "limp-home".The concept for the angle sensors, as well as for the actuator of the steering wheel, is fault-tolerant, since the angular sensors two and the drive a failed unit is tolerated. Namely, if an actuator consisting of electric servomotor, power electronics and control unit completely fails, the steering wheel is still available with the full function, since in this case the other control unit fulfills the setting task. If then the second actuator fails, the steering wheel can indeed still rotate, steering is the driver but no moment opposite and a zero position of the steering wheel, the driver does not feel either. This is the case of reduced availability or the so-called "limp-home".

2 zeigt graphisch eine Charakteristik eines von der jeweils aktiven Stelleinheit I oder II erzeugten Gegenmoments, das der von den Fahrerhänden auf das Lenkrad aufgebrachten Kraft entgegengesetzt ist. Beim Auslenken des Lenkrads durch den Fahrer aus der Null-Lage wird dem Fahrer ein Gegenmoment entgegengebracht, dessen Verlauf gem. 2 ähnlich dem von herkömmlichen Servolenkungen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Steuereinheit 7a oder 7b aus den über den Datenbus 3 erhaltenen Positionswerten des Lenkrades, Kommandos vom Fahrzeugrechner usw. und aus den vom zugeordneten elektrischen Stellmotor über die Verbindungsleitung 12a bzw. 12b zurückgelesenen Ständer-Ist-Spannungen oder Ständer-Ist-Stromstärken, Ständer-Sollspannungen oder Sollstromstärken berechnet, derart, daß ein der Lenkbewegung adäquates oder entsprechendes Gegenmoment erzeugt wird. 2 Graphically shows a characteristic of one of the active actuator I or II generated counter-torque, which is opposite to the force applied by the driver's hands on the steering wheel force. When deflecting the steering wheel by the driver from the zero position the driver is given a counter-moment, the course gem. 2 similar to that of conventional power steering systems. This is achieved in that the control unit 7a or 7b from the over the data bus 3 obtained position values of the steering wheel, commands from the vehicle computer, etc. and from the associated electric servomotor via the connecting line 12a respectively. 12b calculated stator actual voltages or stator actual currents, stator set voltages or target currents, such that a steering movement of the appropriate or corresponding counter-torque is generated.

Mit den elektrischen Stellmotoren 6a, 6b wird, geregelt und gesteuert von der jeweiligen Steuereinheit 7a oder 7b das in 2 erzeugte Gegenmoment derart erzeugt, daß in einem bestimmten Bereich um die Null-Lage zwischen –dLR,gr und +dLR,gr ein sog. Grabeneffekt am Lenkrad fühlbar ist. Dabei steigt die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft linear mit steigendem Lenkradwinkel dLR an, und außerhalb des Bereichs zwischen –dLR,gr und +dLR,gr um den Nullpunkt liegt ein konstantes Gegenmoment ML,max an. Bei heutigen Servolenkungen beträgt dieses Gegenmoment ca. 5 Nm.With the electric servomotors 6a . 6b is controlled and controlled by the respective control unit 7a or 7b this in 2 generated counter-torque generated such that in a certain range around the zero position between -dLR, gr and + dLR, gr a so-called trench effect on the steering wheel can be felt. In this case, the steering force to be applied by the driver increases linearly with increasing steering wheel angle dLR, and outside the range between -dLR, gr and + dLR, gr around the zero point, there is a constant counter torque ML, max. In today's power steering this counter-torque is about 5 Nm.

Auf diese Weise hat der Fahrer das Gefühl, hinter seinem Lenkrad befinde sich eine ganz normale Lenkung und ist nicht irritiert, wenn er ein anderes Auto mit herkömmlicher Lenkanlage, ohne steer-by-wire-Lenkung, fährt.On this way, the driver has the feeling behind his steering wheel itself a normal steering and is not irritated when he another car with conventional Steering system, without steer-by-wire steering, drives.

Ist das vom Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment kleiner als das Moment gemäß 2, kann die jeweilige Stelleinheit I oder II das Lenkrad selbständig in die Null-Lage zurückdrehen.Is the steering wheel torque applied by the driver smaller than the moment according to 2 , can the respective actuator I or II turn the steering wheel independently back to the zero position.

Wie schon erwähnt, ist die Lenkbewegung in der Größe des maximalen Drehwinkels oder in der Anzahl der Lenkradumdrehungen begrenzt. Dazu dient die Begrenzungseinrichtung 5 gemäß 1, deren Details anhand der 3 näher beschrieben werden.As already mentioned, the steering movement is limited in the size of the maximum angle of rotation or in the number of steering wheel revolutions. The limiting device serves this purpose 5 according to 1 whose details are based on the 3 be described in more detail.

Die mechanisch an der Lenkradwelle 2 angreifende Begrenzungseinrichtung 5 ist in 3 schematisch und im Schnitt dargestellt. Ein Schlitten 21 fährt, angeregt durch die Drehbewegung der Lenkradwelle 2, axial auf der Welle 2 entlang (Pfeil 23) und stößt bei einer wohldefinierten Anzahl von Lenkradumdrehungen oder einem maximalen Drehwinkel des Lenkrads auf die festen Begrenzungen 20a, 20b. Der Schlitten 21 und die Lenkradwelle 2 weisen an ihren Berührungsflächen Verzahnungen 25 derart auf, daß eine Drehung der Welle 2 eine axiale Verschiebung des Schlittens 21 verursacht. Außerdem ist zwischen den Begrenzungen 20a, 20b, wie bereits erwähnt, ein Wegsensor 22 angebracht, der z.B. magnetisch, elektrisch oder optoelektronisch die lineare Bewegung des Schlittens 21 erfaßt und den Meßwert über die elektrische Verbindung 11 an den Datenbus 3 weitergibt. Dieser Wegesensor 22 stellt somit, wie erwähnt, einen dritten Winkelsensor dar.The mechanical on the steering wheel shaft 2 engaging limiting device 5 is in 3 shown schematically and in section. A sleigh 21 drives, stimulated by the rotation of the steering wheel shaft 2 , axially on the shaft 2 along (arrow 23 ) and hits at a well-defined number of steering wheel revolutions or a maximum rotation angle of the steering wheel on the fixed limits 20a . 20b , The sled 21 and the steering wheel shaft 2 have teeth on their contact surfaces 25 such that a rotation of the shaft 2 an axial displacement of the carriage 21 caused. It is also between the limits 20a . 20b , as already mentioned, a displacement sensor 22 attached, which, for example, magnetic, electrical or optoelectronic, the linear movement of the carriage 21 detected and the measured value via the electrical connection 11 to the data bus 3 passes. This path sensor 22 thus represents, as mentioned, a third angle sensor.

Claims (11)

Lenkradsteller für die steer-by-wire-Anwendung in Kraftfahrzeugen, mit einem an einer Lenkradwelle (2) angreifenden und diese mit einem Stellmoment beaufschlagenden elektrischen Stellmotor (6a, 6b) und wenigstens einem den Lenkradwinkel (dLR) erfassenden ersten Winkelsensor (4), wobei der Stellmotor (6a, 6b) und der Winkelsensor (4) funktionell mit einer Stellbefehle für den Stellmotor erzeugenden Regel/Steuereinheit (7a, 7b) verbunden sind, wobei wenigstens ein zweiter den Lenkradwinkel erfassender Winkelsensor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß – eine erste und zweite Stelleinheit (I, II) aus jeweils einem elektrischen Stellmotor (6a, 6b) und jeweils einer diesen über eine Leistungselektronik regelnden/steuernden, als Prozeßrechner ausgebildeten Steuereinheit (7a, 7b) gebildet sind; – jede Steuereinheit (7a, 7b) und die Winkelsensoren (4, 22) untereinander und mit einem übergeordneten Fahrzeugrechner durch einen Datenbus (3) verbunden sind, und jede Steuereinheit außerdem einen Eingang aufweist zur Eingabe von der Ständerspannung und dem Ständerstrom des zugeordneten Stellmotors entsprechenden Signalen.Steering wheel actuator for steer-by-wire application in motor vehicles, with one on a steering wheel shaft ( 2 ) and this acting with a control torque electric servomotor ( 6a . 6b ) and at least one steering angle (dLR) detecting first angle sensor ( 4 ), wherein the servomotor ( 6a . 6b ) and the angle sensor ( 4 ) Functionally with a control commands for the actuator generating control / control unit ( 7a . 7b ), wherein at least one second steering wheel angle detecting angle sensor is provided, characterized in that - a first and second actuator ( I . II ) each of an electric servomotor ( 6a . 6b ) and in each case one of these via a power electronics regulating / controlling, designed as a process computer control unit ( 7a . 7b ) are formed; - each control unit ( 7a . 7b ) and the angle sensors ( 4 . 22 ) with each other and with a higher-level vehicle computer through a data bus ( 3 ), and each control unit also has an input for inputting signals corresponding to the stator voltage and the stator current of the associated servomotor. Lenkradsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stelleinheiten (I, II) zur Ausbildung eines fehlertoleranten Lenkradstellers so eingerichtet sind, daß – im Normalbetrieb immer nur eine Stelleinheit mit dem ihr zugeordneten Stellmotor die Stellaufgabe erfüllt und die andere Stelleinheit über den ihr zugeordneten Stellmotor die Drehbewegung mißt, und – im Fehlerfall, – wenn nur eine Stelleinheit ausfällt, die Stellaufgabe von der jeweils intakten Stelleinheit ausgeführt wird, und – wenn beide Stelleinheiten ausfallen, das Lenkrad (1) noch drehbar ist und wenigstens einer der Winkelsensoren (4, 22) den Lenkradwinkel (dLR) erfassen und ein entsprechendes Signal über das Bussystem ausgeben kann.Steering wheel actuator according to claim 1, characterized in that the two actuating units ( I . II ) are designed to form a fault-tolerant steering wheel actuator so that - in normal operation always only one actuator with its associated servo motor fulfills the setting task and the other control unit via its associated servomotor measures the rotational movement, and - in case of failure, - if only one actuator fails , the setting task is carried out by the respective intact setting unit, and - if both setting units fail, the steering wheel ( 1 ) is still rotatable and at least one of the angle sensors ( 4 . 22 ) can detect the steering wheel angle (dLR) and output a corresponding signal via the bus system. Lenkradsteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (7a, 7b) jeder Stelleinheit (I, II) ständig Information über den Fahrzustand oder Kommandos vom übergeordneten Fahrzeugrechner über den Datenbus einliest.Steering wheel actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit ( 7a . 7b ) each actuator ( I . II ) constantly reads information about the driving state or commands from the parent vehicle computer via the data bus. Lenkradsteller nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stelleinheit (I, II) so eingerichtet ist, daß sie, wenn sie aktiv ist, bei Auslenkung des Lenkrads (1) aus der Null-Lage dem vom Fahrer auf das Lenkrad (1) ausgeübten Moment ein der Auslenkung entsprechendes Gegenmoment entgegensetzt.Steering wheel actuator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that each actuating unit ( I . II ) is set up so that when it is active, when the steering wheel is deflected ( 1 ) from the zero position from the driver to the steering wheel ( 1 ) applied torque opposes the deflection corresponding counter-torque. Lenkradsteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenmoment von der jeweils aktiven Stelleinheit (I, II) so erzeugt wird, daß die zugehörige Steuereinheit (7a, 7b) aus der gemessenen Winkelposition des Lenkrads (1), aus Kommandos vom Fahrzeugrechner und aus der vom zugehörigen Stellmotor (6a, 6b) rückgelesenen Ständer-Istspannung oder der Ständer-Ist-Stromstärke eine Ständer-Sollspannung oder Soll-Stromstärke für den zugeordneten Stellmotor (6a, 6b) berechnet.Steering wheel actuator according to claim 4, characterized in that the counter-torque of the respectively active actuating unit ( I . II ) is generated so that the associated control unit ( 7a . 7b ) from the measured angular position of the steering wheel ( 1 ), from commands from the vehicle computer and from the associated servomotor ( 6a . 6b ) read stator actual voltage or the stator actual current strength of a stator setpoint voltage or target current for the associated servomotor ( 6a . 6b ). Lenkradsteller nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stelleinheit (I, II) das Gegenmoment derart erzeugt, daß in einem bestimmten kleinen Winkelbereich (±dLR,gr) des Lenkrads (1) um seine Null-Lage bei Verdrehung in beiden Richtungen die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft mit steigendem Lenkradwinkel annähernd linear wächst und außerhalb dieses Winkelbereichs ein konstantes Gegenmoment (±MLmax) erzeugt.Steering wheel actuator according to claim 4 or 5, characterized in that each control unit ( I . II ) generates the counter-torque such that in a certain small angular range (± dLR, gr) of the steering wheel ( 1 ) around its zero position in rotation in both directions, the steering force to be applied by the driver increases approximately linearly with increasing steering wheel angle and produces a constant counter-torque (± MLmax) outside this angular range. Lenkradsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine den maximalen Lenkradwinkel (dmax) begrenzende Einrichtung (5) vorgesehen ist, die an der Lenkradwelle (2) angreift.Steering wheel actuator according to one of the preceding claims, characterized in that in addition a device limiting the maximum steering wheel angle (dmax) ( 5 ) provided on the steering wheel shaft ( 2 ) attacks. Lenkradsteller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (5) den Lenkradwinkel (dLR) mechanisch begrenzt.Steering wheel actuator according to claim 7, characterized in that the limiting device ( 5 ) mechanically limits the steering wheel angle (dLR). Lenkradsteller nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkelsensor (22) dadurch gebildet ist, daß zwischen den durch die Begrenzungseinrichtung (5) vorgegebenen maximalen Lenkradwinkeln (dmax) ein Wegesensor angebracht ist, der z.B. magnetisch, elektrisch oder optoelektronisch den Lenkradwinkel (dLR) in ein lineares Wegesignal umsetzt und dieses dem Datenbus (3) zuführt.Steering wheel actuator according to claim 7 or 8, characterized in that an angle sensor ( 22 ) is formed by the fact that between the by the limiting device ( 5 ) predetermined maximum steering wheel angles (dmax) a distance sensor is mounted, for example, the magnetically, electrically or opto-electronically converts the steering wheel angle (dLR) in a linear path signal and this the data bus ( 3 ) feeds. Lenkradsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik des bei Verdrehung. des Lenkrads (1) aufgebrachten Gegendrehmoments annähernd gleich wie die Lenkcharakteristik herkömmlicher Servolenkungen ist.Steering wheel actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the characteristic of the twisting. the steering wheel ( 1 ) is approximately equal to the steering characteristic of conventional power steering systems. Lenkradsteller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er bei losgelassenem Lenkrad (1), wenn der Fahrer kein Moment mehr aufbringt, das Lenkrad (1) selbständig in die Null-Lage zurücklenkt.Steering wheel actuator according to claim 10, characterized in that it is released when the steering wheel is released ( 1 ), if the driver no longer applies a moment, the steering wheel ( 1 ) automatically returns to the zero position.
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